Après l’observation … Théories et simulations (modèles)

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1 Après l’observation … Théories et simulations (modèles)
Voyelles du monde Après l’observation … Théories et simulations (modèles)

2 UCLA Phonological Segment Inventory Database
UPSID UCLA Phonological Segment Inventory Database

3 Pourquoi faire ? Une base de données linguistique :
Un grand nombre de langues (451) y sont répertoriées avec leur système phonémique On peut ainsi faire des recoupements sur les familles de langues, obtenir des renseignements rapides  OUTIL PHONOLOGIQUE

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8 2549 voyelles monophtongues sont ainsi classifiées sous ces trois paramètres

9 Quelques observations
Voyelles antérieures sont normalement non arrondies(94,0%) Voyelles postérieures sont normalement arrondies(93,5%) Voyelles basses sont normalement centrales(75,1%) Voyelles centrales sont normalement basses(69,4%)

10 Les systèmes « vedettes »

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13 Maddieson (1984) finds that vowel inventories in a sample of 317 languages, vary from having three to fifteen distinct vowel qualities.  On parle bien des timbres/qualités de voyelles

14 introduction Il y a un nombre (même infini) énorme d’articulations possibles Évidemment, elles ne sont pas toutes utilisées dans 1 langue. Mais au travers des langues, certains phonèmes sont très communs, alors que d'autres sont très rares. la théorie quantique et la théorie de dispersion adaptative cherchent à expliquer de pourquoi certains phonèmes -et certains systèmes -sont favorisés universellement.

15 Récapitulatif et Objectifs
Pourquoi faire … cela permet notamment de comprendre les phénomènes de production / perception de la parole Avant L&L et Stevens, la phonétique avait principalement joué un rôle d’interprétation des formes linguistiques en un résultat physique réalisable. Son point d’intérêt était la parole, plutôt que le langage. Mais la théorie de dispersion adaptative (comme QT) cherche à dériver la forme linguistique par suite des divers mécanismes de communication de la parole. Les modèles quantitatifs montrent comment ces mécanismes affectent la structure linguistique et communicative de plus haut niveau. Ne pas oublier l’aspect diachronique …

16 Théorie quantique (Stevens, 1972, 1989)
La théorie acoustique de production de la parole (Fant, 1970) explique la relation entre les configurations du conduit vocal et la sortie acoustique. Généralement en changeant la configuration du conduit, le résultat acoustique change aussi. Cependant, la relation entre les paramètres articulatoires et le résultat acoustique n'est pas linéaire.

17 Théorie quantique Hypothèse principale de la théorie quantique (Stevens, 1972, 1989) : des catégories phonétiques universelles favorisées représentent des zones relativement stables dans la correspondance articulation-acoustique (et acoustique-perception) l'idée fondamentale : placer des catégories phonétiques dans des secteurs stables bénéficie aux locuteurs et aux auditeurs (elle augmente la probabilité qui les cibles acoustiques soient atteintes

18 Théorie Quantique D’après l’hypothèse que le rapport entre les mouvements articulatoires et leurs résultats acoustiques est non linéaire, QT prévoit essentiellement que les langues choisiront leurs « voyelles de base » aux régions stables de l'espace acoustique. La distribution de ces voyelles quantiques serait ainsi indépendante de la taille de l'inventaire.

19 Principes de la théorie quantique
La théorie quantique se fonde sur des modèles retraçant l'articulation-acoustique-perception pour identifier des régions de stabilité (cf. perception catégorielle)

20 articulation to acoustics is not linear
Il y a une grande différence acoustique (et auditive) entre les régions I et III. A l’intérieur des régions I et III, cependant, le paramètre acoustique est relativement peu sensible aux changements du paramètre articulatoire. En d'autres termes, les changements de l'articulation n'ont pas beaucoup d'effet sur le rendement de la parole.

21 hypothèses de la théorie quantique
L’hypothèse de Stevens est que les contrastes linguistiques comportent des différences entre les régions quantiques (I et III). Toutes les régions quantiques définissent les sons contrastifs et tous les sons contrastifs diffèrent de manière quantique. Ou au moins, les distinctions quantiques sont préférées.

22 origine communicationnelle
Pourquoi les régions quantiques influencent-elles les systèmes de sons ? Les articulations ne doivent pas être précises pour produire un certain résultat. Et le mouvement continu à l’intérieur de la région quantique rapportera un état d'équilibre acoustique. L’imprécision articulatoire n'affectera pas la perception.

23 En outre, l'espace articulatoire est nécessairement continu, mais différentes articulations peuvent produire des effets acoustiques qualitativement différents (discrets). Les régions « Plateau » sont considérés les corrélats des traits distinctifs.

24 exemples… Exemples des catégories quantiques à partir d'un continuum articulatoire : Degré de constriction glottale : ouverture complète pour les sons non voisés / moins d'ouverture pour un voisement modal / fermeture complète pour un coup de glotte degré de constriction du conduit vocal : voyelle (basse, moyenne, haute) / semi-voyelles / fricatives / occlusives Lieu d'articulation pour les voyelles (c.-à-d., lieu de la constriction)

25 explication acoustique
Théorie quantique appliquée aux voyelles : Se rappeler que les nomogrammes nous montrent les conséquences acoustiques (en termes de fréquences de formant) du changement d’un seul paramètre articulatoire (endroit de la constriction). Il y a des régions de stabilité acoustique (régions quantiques) où deux formants convergent.  on parle aussi de focalisation …

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27 Explications acoustiques
[a] est produit à la convergence de F1 et de F2, où les cavités avant et arrière du conduit vocal ont des longueurs approximativement égales. [a] [i] [u] [i] est produit à la convergence du F2 et du F3, créée par une constriction dans la région palatale. (F1 résonateur de Helmholz.) [u] est produit avec un minimum F2, où le F2 est près d'un F1 stable.

28 Prédictions … Ces trois voyelles sont des voyelles quantiques. Ainsi, elles devraient être fortement préférées universellement, et en fait elles le sont. La théorie quantique permet d’une certaine manière de comprendre les systèmes vocaliques, mais également (plutôt) consonantiques.

29 Prédictions … Il y a certaines régions de stabilité dans l'espace phonétique. En particulier, cette théorie postule qu'il y a des régions stables correspondant aux voyelles cardinales /i/, /a/ et /u/. Les voyelles cardinales devraient être approximativement aux mêmes endroits acoustiques à travers toutes les langues, indépendamment de la taille de l'inventaire vocalique. Les voyelles cardinales devraient montrer moins de variabilité que des voyelles non cardinales.

30 Prédictions … Le résultat de la théorie quantique :
Les locuteurs n’ont pas à se soucier de l’imprécision articulatoire si les langues se servent des catégories phonétiques quantiques. Des articulations quasi-continues se rapprochent ainsi des catégories (perceptuelles) acoustiques discrètes. Les segments qui exploitent les régions quantiques (régions de stabilité) seront communs à travers des langues. (Les segments qui dépendent des distinctions dans une région quantique seront rares.)

31 Critiques Cependant, il y a des critiques (très vives) sur la théorie quantique. Elle prédit une plus grande similitude dans le détail acoustique à travers des langues que celle effectivement observée sur les données. Elle n'explique pas les distinctions qui se fondent sur des paramètres articulatoires multiples (une région de stabilité pour une peut être instable pour d’autres)  phonologie articulatoire (Browman & Goldstein, 91) Il n'est pas réellement clair que tenir compte de l’imprécision articulatoire soit si important. Un avantage postulé des sons dont l’acoustique est relativement peu sensible à la variation articulatoire est que ceci permet l'imprécision dans l'articulation sans des conséquences acoustiques désastreuses. Mais les langues ne semblent pas en profiter.

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33 La théorie de la dispersion adaptative (TAD)
Hypothèse principale : les sons (contrastifs) sont placés dans l'espace phonétique tels que les distances perceptives parmi eux sont maximisées (ou optimisées) (Liljencrants & Lindblom, 72; Lindblom, 86; Lindblom & Maddieson, 88) ; idée sous-jacente : les locuteurs et les auditeurs en bénéficient si le message est facilement récupérable depuis le son articulé (cf. Lindblom 1990)

34 La théorie de la dispersion adaptative (TAD)
La théorie de dispersion adaptative pose en principe que les sons d’une langue donnée sont choisis pour satisfaire au mieux une exigence fonctionnelle de distinction perceptive maximale (ou, dans des versions plus récentes, suffisantes). En particulier, la dispersion adaptative décrit comment la nécessité du contraste perceptif prédit des inventaires vocaliques.

35 La théorie de la dispersion adaptative (TAD)
La théorie de dispersion adaptative offre une explication alternative à la préférence universelle pour les voyelles [i, a, u]. Ces voyelles sont non seulement dans des régions articulatoires potentiellement stables, mais elles sont aux extrémités de l'espace vocalique physiologiquement possible. Ainsi elles sont maximalement distinctes au niveau acoustique et sont peu susceptibles d'être confondues par un auditeur. hypothèse : les capacités des auditeurs à entendre des distinctions vocaliques fournissent une pression sélective sur l’inventaire phonémique (diachroniquement). La perspective n’est plus d’explorer les sons les plus utilisés (ou non) mais plutôt les systèmes de contrastes les + utilisés.

36 principes … Afin d'être validable, la théorie de dispersion adaptative doit mesurer la notion du contraste. Un espace vocalique est une gamme acoustique/auditive des voyelles qui sont articulatoirement possibles. L&L convertissent les valeurs Hertz en Mel. (transformation basée sur la perception auditive, cf. Bark + F’2). Ainsi cet espace vocalique se rapproche d'un espace auditif. Le contraste perceptif entre deux voyelles est mesuré comme distance linéaire (euclidienne) entre elles en mels. La distinction est maximisée (1/valeur  minimisée) pour le système vocalique dans l'ensemble. Toutes les paires de voyelles possibles sont prises en compte

37 principes … Les modèles de Liljencrants et de Lindblom (1972) et de Lindblom (1986) essaient de prévoir des catégories de voyelle universelles selon les principes suivants : 1. Définir une distance perceptuelle métrique : Distance euclidienne dans l'espace F1-F2 d’après Liljencrants et Lindblom 1972 2. Les catégories phonétiques sont définies comme points plutôt que régions dans l'espace phonétique (voir cependant le Crothers 1978) 3. Pour chaque nombre n de bruits contrastifs, trouver les configurations avec distances maximales/optimales dans l'espace perceptuel

38 La théorie de la dispersion adaptative (TAD)
Quelques résultats du «modèle F» de Lindblom (1986) : Préférence générale pour trois voyelles périphériques (cardinales) [i], [a], [u], indépendamment de la taille de l'inventaire vocalique. Préférence pour une voyelle moyenne antérieure [e]/[E], et une voyelle moyenne d’arrière [o]/[O] plutôt que pour des voyelles moyennes ou hautes non-périphériques (centrales) Préférence pour les voyelles non-périphériques élevées [y] [] plutôt que pour des voyelles centrales moyennes. Des voyelles non-périphériques hautes et une voyelle centrale (haute) sont insérées avant les voyelles perphiperiques additionnelles.

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41 11. Optimal vowel inventories of various sizes are predicted

42 TAD : critiques et limites
Si le contraste perceptif est maximisé, pour pourquoi nous n'observons pas une préférence pour par ex. [i], [], [u] ? (Ohala, 1980) l'optimisation n'implique pas nécessairement la maximisation, dès 1986, Lindblom parle de contraste suffisant (et de régions)

43 TAD : critiques et limites
Pas véritablement prévu pour généraliser aux inventaires consonantiques Malgré tout des concepts tels que la maximisation de contraste ont été employés dans l'analyse de la phonotactique (des consonnes) (Flemming, 1995 ; Silverman, 1997)

44 TAD : critiques et limites
Les modèles correctement prédits sont ceux pour les systèmes de 3 à 6 voyelles. Pour de plus grands systèmes (7 +), diverses erreurs se produisent (prédiction de trop de voyelles centrales hautes), cependant généralement pas plus d'une erreur par système, selon L&L. Les particularités perceptives (contraste) jouent un rôle important, mais pas exclusif, comme cause déterminante de la structure des systèmes vocaliques.

45 TAD : critiques et limites
Cependant, il y a des faiblesses dans la théorie de la dispersion adaptative (hormis certaines prévisions incorrectes spécifiques). Elle n'aborde pas la question de pourquoi les langues ont des inventaires de tailles diverses, ou pourquoi elles auraient de grands inventaires. Elle n'explique pas pourquoi on observe des variations inter-langues de la distribution du même nombre de voyelles Et elle ne considère aucunement les questions liées à l'articulation (facilité d'articulation, etc.). revu dans les tout récents travaux de Lindblom

46 Dispersion adaptative: perspectives
Lindblom discute également de la pertinence de la phonétique pour l'étude du langage, en ce qui concerne une théorie comme le sienne (tout comme la théorie quantique). Avant L&L et Stevens, la phonétique avait principalement joué un rôle d’interprétation des formes linguistiques en un résultat physique réalisable. Son point d’intérêt était la parole, plutôt que le langage. Mais la théorie de dispersion adaptative (comme QT) cherche à dériver la forme linguistique par suite des divers mécanismes de communication de la parole. Les modèles quantitatifs montrent comment ces mécanismes affectent la structure linguistique et communicative de plus haut niveau.

47 Dispersion adaptative: perspectives
TAD prétend que la demande de contraste suffisant entre les éléments dans un inventaire vocalique mènera à une dispersion adaptative de ces éléments ; En particulier, les grands inventaires tendraient à augmenter l'espace acoustique de la voyelle (par exemple F1/F2) tels que la distance entre les voyelles de point serait plus grande dans les grands systèmes que dans les systèmes réduits.

48 Dispersion adaptative: perspectives
La théorie a été étendue pour expliquer la variation intra-locuteurs. Par exemple, Moon et Lindblom (1989) prouvent que dans des circonstances qui exigent un discours clair, l'espace de la voyelle d'un locuteur sera augmenté relativement à son espace vocalique habituel.

49 Conclusion sur les 2 … TAD : principe systémique et relationnel, perceptif QT : principe local et absolu; des mvts articulatoires continus produisent des segments acoustiques discrets avantages complémentaires (consonnes/voyelles, articulation par ex.)

50 Une autre théorie : TFD La théorie quantique de la parole (QT Stevens, 1972, 1989) et la théorie de la dispersion adaptative (TAD ; Liljencrants et Lindblom 1972 ; Lindblom, 1986) rendent des prévisions en partie contradictoires quant à l'effet de la taille d'inventaire sur la distribution acoustique des éléments des systèmes de voyelle (a,i,u).

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52 La théorie de Dispersion-focalisation (TDF de l’ICP)
La théorie de Dispersion-Focalisation (DFT) essaye de prévoir des systèmes de voyelle basés sur la minimisation d'une fonction d'énergie additionnant deux composantes perceptives : la dispersion globale, qui est basée sur des distances inter-voyelles ; la focalisation locale, qui est basée sur la proéminence spectrale intra-voyelle reliée à la proximité des formants. Le calcul a lieu dans un espace auditif (formantique et donc normalisé), et est commandé par deux paramètres, , qui place le poids respectif de F [1] et des formants plus élevés dans des distances auditives, α, qui place les poids respectifs des composants de dispersion et de focalisation.

53 Rappel !! Le rapprochement de deux formants a trois conséquences :
la création d’un pic spectral proéminent dans la région fréquentielle regroupant les deux formants (l’augmentation de l’amplitude de deux formants proches est de 6 dB pour une distance deux fois plus petite entre les deux formants . les formants proches sont également intégrés d’un point de vue perceptif en un pic simple. le deuxième formant effectif (F’2) semble correspondre à la proéminence spectrale créée par le rapprochement de ces 2 formants.. Les voyelles orales du français, et parmi celles-ci les voyelles /i/ et /y/, sont fréquemment considérées, par exemple par Jones comme de bons prototypes des voyelles cardinales. /i/ et /y/ notamment sont mentionnées comme des représentantes idéales du processus de focalisation [9] dérivé de la théorie quantique [10], puisque caractérisées par le rapprochement de deux de leur formants (F3/F4 et F2/F3 respectivement).

54 La théorie de Dispersion-focalisation (TDF de l’ICP)
Les auteurs dérivent alors une région dans l'espace (A, α) pour laquelle des prédictions de la théorie conviennent le mieux, avec une précaution particulière pour deux problèmes, à savoir les voyelles périphériques et voyelles antérieures arrondies.

55 Symmetry theory (traditional):
"phoneme inventories tend to be organized in terms of minimal feature contrasts (correlations) with no gaps." Some insight, but: a. symmetry is ill-defined b. most vowel systems are not symmetrical ("triangular" systems as shown in (1) are widely preferred over "rectangular" or "columnar" systems) c. symmetry is a categorical notion (symmetrical vs. asymmetrical), but asymmetrical systems are not equally bad (compare B and H) Clements (2008)

56 Least effort "Inventories favor sounds produced with a minimum of articulatory effort." However: a. articulatory effort has never been defined in a general, testable way b. marked sounds are not obviously hard to produce [+nasal]: involves relaxation of the levator palatini, the muscle which raises the velum (Bell-Berti 1993)

57 [+spread glottis]: requires an open glottis, as in respiration
c. false predictions: the sound that arguably involves the least effort is [m˧], the sound of ordinary breathing; but this is extremely rare (3.8% of UPSID languages) d. circularity: it is sometimes argued that a sound must be hard to produce because it is infrequent

58 D’autres théories … L’économie des traits : maximiser le nombre de sons d’après un nombre minimum de traits (attraction mutuelle. Clements, 2003; + feature ranking) La théorie de la marque : les langues tendent à préférer les phonèmes non « marqués » *[+F] pour un trait binaire. Les 2 sont complémentaires voire parfois antagonistes, la 1ère tend à augmenter le nbre de sons « marqués », la 2ème tend à le réduire. Attraction mutuelle (Clements, 2003) : un son aura tendance à être plus fréquent si tous ses traits sont en opposition avec d’autres sons Clements (2008)